Fachgebiet Mikrobiologie

Signaltransduktionssysteme im methanogenen Archaeum Methanosarcina acetivorans


Methan ist ein Treibhausgas, das als neue Energiequelle an immer größerer Bedeutung gewinnt und in der sogenannten Methanogenese von methanogenen Archaeen produziert wird. Diese Gruppe von Archaeen ist in der Lage eine Vielzahl verschiedener Nährstoffe zu Methan umzuwandeln.

Das Vorhandensein dieser Substrate muss jedoch zunächst von den Zellen erkannt werden. In der Domäne der Bacteria werden solche Prozesse durch Zwei-Komponenten-Systeme (ZKS), die sich aus einer Sensorkinase und einem Antwortregulator zusammensetzen, reguliert. In methanogenen Archaeen wie Methanosarcina acetivorans ist bislang noch nicht viel über ZKS bekannt. Die Proteine MsmS und RdmS gehören zu den ersten Beispielen für Sensorkinasen in der Domäne der Archaea. Sie bestehen aus alternierenden PAS- und GAF-Domänen und einer C-terminalen ATPase-Domäne. Es konnte gezeigt werden, dass die zweite GAF-Domäne beider Proteine einen Häm-Kofaktor kovalent bindet und dass die Autophosphorilierungsaktivität der Kinasen durch den Redoxzustand beeinflusst wird. MsmS wird dabei vermutlich an einem Tyrosinrest phosphoryliert. Eine weitere Sensorkinase ist die membrangebundene Hybridkinase MA4377. Diese unterscheidet sich jedoch in ihrem Aufbau von MsmS und RdmS. Außerdem konnte für MA4377 gezeigt werden, dass sie an einem konservierten Histidinrest, unabhängig vom Redoxzustand, autophosphoryliert werden kann.

Die Gene msmS, rdmS und MA3477 liegen im Genom stromaufwärts von drei Regulatorproteinen (MsrG, MsrF und MsrC) und den Corrinoid-Methyltransferasen MtsH, MtsG und MtsF, die für die Metabolisierung von Dimethylsulfid in der Methanogenese eine Rolle spielen. Daher wird vermutet, dass die Sensorkinasen zusammen mit den Regulatoren Zwei-/Multi-Komponenten-Systeme bilden und an der Regulation der mts-Gene beteiligt sind.

In diesem Projekt untersuchen wir die intramolekulare Signalweiterleitung innerhalb der Sensorkinasen, sowie die darauffolgende intermolekulare Interaktion mit den Regulatorproteinen und den Promotorbereichen der mts-Gene. Insgesamt möchten wir mit unseren Arbeiten zum Verständnis archaeeller Signaltransduktion und zur Methanogenen- physiologie im Besonderen beitragen.

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